适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题8物理实验第3讲光学与热学实验课件

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1.(2019全国Ⅲ卷)用油膜法估测分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以　   　。 为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是  　。 
答案 使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,之后根据浓度求出1滴溶液中纯油酸的体积　单分子油膜的面积
2.(2021浙江卷)下图是用双缝干涉测量光的波长实验的装置图。实验中:(1)观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的操作是　　　　。 A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行(2)要增大观察到的条纹间距,正确的做法是　 。 A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距离D.增大双缝与测量头间的距离
答案 (1)C　(2)D解析 (1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹,看到的是模糊不清的条纹,则最可能的原因是单缝与双缝不平行;要使条纹变得清晰,值得尝试的操作是调节拨杆使单缝与双缝平行,故选C。(2)根据 ,可知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l,减小双缝的间距d,故选D。
3.(2019天津卷)某小组做测量玻璃的折射率实验,所用器材有玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确度　　　　。 A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是　　　　。 
(3)该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心、r为半径作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n=　　　　。(用lAC、lOC、lBD、lOD、r表示) 
解析 (1)在插针法测定玻璃的折射率实验中,使用两光学表面间距大的玻璃砖能更准确地确定玻璃砖内光线的位置,有利于减小实验误差,而两光学面是否平行对测量折射率没有影响,选项A正确,B错误。插针时要求后插的针挡住先插的针的像,故选用细一点的大头针能更准确地确定光线位置,提高实验精确度,选项C错误。实验中是根据同侧两枚大头针的连线来确定入射光线或出射光线的,故距离大些更好,选项D正确。
(2)由题图可知实验使用的是平行玻璃砖,故出射光线应该与入射光线平行,选项A出射光线与入射光线在同一直线上,选项B、C中出射光线与入射光线不平行,故只有选项D正确。
【方法规律归纳】1.测量玻璃的折射率实验中数据处理的方法
测量线段代替测量角度
特别提醒(1)大头针竖直插在纸上,且间距稍大一些;(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°);(3)手不能触摸玻璃砖的光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线;(4)实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变;(5)玻璃砖应选用宽度较大的,最好在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。
2.用双缝干涉测量光的波长实验中数据处理的方法(1)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;(2)转动手轮,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a2;特别提醒(1)不要直接测单个条纹间距Δx,要测几个条纹的间距,计算得出Δx,这样可以减小误差;(2)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。
【对点训练】1.(命题点1)如图所示,一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时,P3恰可挡住P1、P2的像,P4恰可挡住P3本身及P1、P2的像,则该玻璃砖的折射率n=　　　　;有一同学把大头针插在P1'和P2'位置时,在MN界面的另一侧看不到大头针的像,其原因是　 。 
2.(2023浙江嘉兴二模)实验题。(1)在“验证机械能守恒定律”实验中,采用重锤自由下落的实验方案,经正确操作获得一条纸带如图甲所示。实验所用打点计时器电源频率为50 Hz,重锤质量m=0.30 kg,当地重力加速度g取9.79 m/s2,则打A点时纸带速度为　　　　 m/s,A点到B点过程中重力势能变化量为　　　　(结果保留两位有效数字)。
(2)小姚同学用如图乙所示的装置做“探究碰撞中的不变量”实验。①关于滑块A、B的碰撞,下列说法正确的是　　　　。 乙A.两个滑块碰撞前必须有一个静止B.两个滑块碰撞后必须结合在一起C.两个滑块碰撞后可结合在一起,也可分开D.两滑块可以从整体静止到相互弹开
②实验中测得滑块A的质量为222.0 g,滑块B的质量为216.0 g,用50分度游标卡尺测量遮光条A的宽度,其读数如图丙所示,则读数为　　　　 cm;滑块A从左向右通过光电门1后与静止的滑块B碰撞,碰后粘合成一体通过光电门2,遮光条A先后通过光电门1、2所对应的计时器读数分别如图丁、图戊所示(图中数值的单位是ms),则碰后滑块A、B的总动量为　 　 kg·m/s(计算结果保留两位小数)。 
(3)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中:①用单色光照射双缝后,在目镜中观察到如图己所示的情形。若其他操作无误,则上述情形下测得的单色光波长将　　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”); ②若想对图的情形进行调整,则需要的操作是　　　　。 A.旋转毛玻璃屏B.左右拨动拨杆C.旋转测量头上的手轮D.旋转遮光筒和测量头
答案 (1)0.50　0.29 J(2)①CD　 ②0.510　0.12(3)①偏大　②D解析 (1)根据中间时刻的瞬时速度等于这段过程的平均速度,打点计时器电源频率为50 Hz,故0.02 s打一个点,则打A点时纸带速度为vA= m/s=0.50 m/s,由纸带读数可知xAB=10.69 cm-0.80 cm=9.89 cm,所以A点到B点过程中重力势能变化量ΔEp=mgxAB=0.29 J。
(2)①在验证碰撞过程中的动量守恒定律时,对两个物体碰撞前后的速度没有要求,可以都是运动的,也可以其中一个是静止的,还可以两滑块从原来静止到相互分开;同时对碰撞后的速度也没有要求,可以碰撞后粘在一起,也可以碰撞后分开,故A、B错误,C、D正确。②50等分的游标卡尺最小分度值为0.02 mm,主尺读数5 mm,游标尺读数5×0.02 mm,游标卡尺不估读,则游标卡尺的读数为5 mm+5×0.02 mm=5.10 mm=0.510 cm,遮光条A通过光电门2所对应的计时器读数为18.77 mm,则碰后的速度为v=m/s≈0.272 m/s,则碰后滑块A、B的总动量为p=(mA+mB)v=0.12 kg·m/s。
(3)①在目镜中观察到如题图所示的情形,会导致条纹间距测量偏大,由公式Δx= λ,可知导致测得的单色光波长偏大。②毛玻璃屏在本实验中的作用是产生漫反射,使图样更明显,故A错误。拨动拨杆的作用是使单缝和双缝平行,获得清晰的干涉图样,因为已有清晰图样,不用调节,故B错误。旋转测量头上的手轮是为了测距,故C错误。旋转遮光筒和测量头使分划线与干涉条纹平行,故D正确。
【方法规律归纳】1.用油膜法估测分子的大小(1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。(2)模型化:在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。(3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。　 密封性要好,不能漏气2.探究气体压强与体积的关系实验注意点(1)为保持气体温度不变, 实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位;同时,改变体积过程应缓慢,以免影响密闭气体的温度。(2)在等温过程中,气体的p-V图像呈现为双曲线,要通过坐标变换,画p- 图像,把双曲线变为直线,以方便判断p和V成反比。
【对点训练】3.(命题点1)在估测油酸分子大小的实验中,具体操作如下:①取1.0 mL油酸注入2 500 mL的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到2 500 mL的刻度为止,摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸酒精溶液;②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒,记录滴入的滴数直到量筒中的液体达到1.0 mL为止,恰好共滴了100滴;
③在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水,将细石膏粉均匀地撒在水面上,再用滴管吸取油酸酒精溶液,轻轻地向水面滴一滴溶液,油酸在水面上尽可能地散开,形成一层油膜,膜上没有石膏粉,可以清楚地看出油膜轮廓;④待油膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上绘出油酸膜的形状;⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上。
(1)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含油酸　　　　 m3,油膜面积为　　　 m2,求得的油酸分子直径为　　　　 m(此空保留一位有效数字)。 (2)若阿伏加德罗常数为NA,油酸的摩尔质量为M,油酸的密度为ρ,则下列说法正确的是　　　　。 
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较,数据都偏大。出现这种结果,可能是由于　　　　。 A.在求每滴溶液体积时,1 mL溶液的滴数少记了2滴B.计算油酸面积时,错将所有不完整的方格作为完整的方格处理C.水面上痱子粉撒得较多,油酸膜没有充分展开D.做实验之前油酸溶液搁置时间过长
答案 (1)4×10-12　1.08×10-2　4×10-10　(2)B　(3)AC
(3)在求每滴溶液体积时,1 mL溶液的滴数少记了2滴,导致体积测量值偏大,直径测量值偏大,A正确。计算油酸面积时,错将所有不完整的方格作为完整的方格处理,使格数偏多,面积测量值偏大,故直径测量值偏小,B错误。水面上痱子粉撒得较多,油酸膜没有充分展开,使面积测量值偏小,直径测量值偏大,C正确。做实验之前油酸溶液搁置时间过长,酒精挥发,使体积测量值偏小,直径测量值偏小,D错误。
4.(命题点2)下图是用数字信息系统研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系的实验装置。
主要步骤如下:①将压强传感器调零;②把活塞移至注射器满刻度处;③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机;④推动活塞,记录多组注射器内气体的体积V,以及相应的压强传感器示数p。(1)实验操作中,除了保证封闭气体的温度恒定以外,还需保证气体的　　　　不变。为此,在封入气体前,应　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)其中一小组根据测量的数据,绘出p- 图像如图所示。发现图线的上端出现了一小段弯曲,产生这一现象的可能原因是　　　　　　　　　　。 
(3)另一小组实验时缓慢推动活塞,记录4组注射器上的刻度数值V,以及相应的压强传感器示数p。在采集第5组数据时,压强传感器的软管脱落,重新接上后继续实验,又采集了4组数据,其余操作无误。该小组绘出的V- 关系图像应是　　　　,给出分析依据:　   　。